水廠高壓控制室模擬屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、水廠高壓控制室模擬屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)孫建國(guó) 孔力 鄭艷（華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系，武漢，430074）摘要：本文介紹了可編程序控制器在水廠高壓控制室模擬屏控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括模擬屏控制系統(tǒng)的基本原理、硬件組成和軟件實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明，該P(yáng)LC控制系統(tǒng)工作可靠、操作方便，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水廠的高壓供電操作的模擬控制。關(guān)鍵詞:可編程序控制器；模擬屏；水廠中圖分類(lèi)號(hào)：TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A Design of Imitation Screen Control System for High Voltage Control Room of Water PlantSun Jianguo Kon

2、g Li Zheng Yan（Dept. of Control Science and Engineering in Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, 430074）Abstract: This paper introduces the application of the programmable controller to the imitation screen control system for the high voltage control room of water plant, including it

3、s principles, components of hardware and design of software. The application on spots shows: this system works reliably, operations conveniently. The function of imitation control for the operation of high power supply of water plant has been realized.Keywords: Programmable Controller, Imitation Scr

4、een, Water Plant1 前 言我們?nèi)粘Ｓ玫淖詠?lái)水是從水源取到水廠，經(jīng)加藥、沉淀、過(guò)濾等處理后，使蝕度、PH值等指標(biāo)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的水，自來(lái)水的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。從圖中可以看出，這些處理都涉及到高壓供電操作。水廠高壓供電系統(tǒng)操作復(fù)雜，尤其是操作順序要求嚴(yán)格，不能任意顛倒，一旦操作失誤，其后果將不堪設(shè)想，因而水廠高壓供電系統(tǒng)是水廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分。為了避免水廠高壓供電操作而引起的事故，先采用模擬屏控制系統(tǒng)對(duì)水廠的實(shí)際高壓電路進(jìn)行模擬操作，以考察系統(tǒng)的可靠性，合理性，保證其安全可靠地投入使用。圖1 自來(lái)水生產(chǎn)工藝流程高壓供電系統(tǒng)的模擬屏控制系統(tǒng)是在工業(yè)生產(chǎn)中，為避免高壓供電操

5、作而引起的事故，保證生產(chǎn)的安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性和企業(yè)的生產(chǎn)效率，設(shè)計(jì)的一種對(duì)實(shí)際的電路進(jìn)行模擬操作的系統(tǒng)。模擬屏不僅給予操作人員以電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的概況，而且還可以用來(lái)顯示一些警告，例如某一變電站有一警告狀態(tài)的電流或它已被遙控掃描所閉鎖。模擬屏系統(tǒng)的傳統(tǒng)控制方法是采用繼電器、接觸器控制，人工手動(dòng)操作，系統(tǒng)體積大、耗電多，性能與可靠性已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代化水廠的要求。而近年來(lái)，以微處理器為核心的可編程序控制器（Programmable Controller簡(jiǎn)稱(chēng)PC）, 具有速度快、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活等優(yōu)點(diǎn)，不僅可執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算操作等面向用戶(hù)的指令，還可

6、進(jìn)行參數(shù)PID控制，可方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控，為此，我們選用可編程序控制器作為系統(tǒng)的控制器，與模擬開(kāi)關(guān)、光帶等組成整個(gè)模擬屏控制系統(tǒng)。2 系統(tǒng)硬件組成及工作原理水廠高壓模擬屏控制系統(tǒng)的硬件部分主要由可編程序控制器及其功能擴(kuò)展模塊，模擬開(kāi)關(guān)，光帶，電源及電纜線等組成。可編程序控制器作為系統(tǒng)的控制器，對(duì)光帶、報(bào)警電路進(jìn)行控制，是系統(tǒng)的核心部分；模擬開(kāi)關(guān)表示實(shí)際高壓供電系統(tǒng)中的斷路器或隔離開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)，代表實(shí)際供電系統(tǒng)中斷路器或隔離開(kāi)關(guān)的閉合或斷開(kāi)；光帶與實(shí)際電流通路相對(duì)應(yīng)，光帶的亮與滅反映實(shí)際電路的通斷?？删幊绦蚩刂破鞑杉髂M開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部邏輯運(yùn)算，控制光帶，并對(duì)錯(cuò)誤

7、的操作順序報(bào)警。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中Z-16ND2是數(shù)字量輸入模塊，Z-16TD2是數(shù)字量輸出模塊。圖2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)2.1 PC各部分的選擇21 CPU模塊的選擇 系統(tǒng)的控制器選擇江蘇無(wú)錫華光公司的SZ4型可編程序控制器。該型號(hào)PC采用EEPROM作為程序存儲(chǔ)器，有2個(gè)通訊端口，重80g，外形尺寸：90H×31W×68D。2 IO模塊的選擇 該系統(tǒng)中總輸入點(diǎn)64個(gè)，輸出點(diǎn)16個(gè)，所以IO點(diǎn)數(shù)為80個(gè)。選用三個(gè)16點(diǎn)DC24V輸入模塊Z16ND2，一個(gè)16點(diǎn)DC24V集電極開(kāi)路輸出模塊Z16TD2即可滿足要求。3 電源框架的選擇 由于系統(tǒng)有5個(gè)模塊，所以選擇Z05B

8、型號(hào)的電源框架，由DC24V供電。2.2 系統(tǒng)平面布置由于本系統(tǒng)是為模擬實(shí)際高壓供電操作而設(shè)計(jì)的，故而在平面布置上應(yīng)與實(shí)際接線相對(duì)應(yīng)，以求直觀、方便。將系統(tǒng)平面布置成高壓控制室主接線的形式，把主接線的隔離開(kāi)關(guān)和斷路器換成模擬開(kāi)關(guān)，其它部件改成光帶，如圖3所示。圖3 模擬屏平面布置3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)1 3由于系統(tǒng)高可靠性、實(shí)時(shí)性和開(kāi)放性的要求，軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)均在WINDOWS 2000環(huán)境下進(jìn)行。采用SZ系列PLC的個(gè)人計(jì)算機(jī)編程軟件DIRECT SOFT2對(duì)PLC進(jìn)行系統(tǒng)配置和程序編寫(xiě)、調(diào)試。該編程器可實(shí)現(xiàn)以下功能：在線編程；離線編程；遠(yuǎn)程編程；寄存器數(shù)據(jù)編程；參數(shù)設(shè)定；PLC信息讀出處理；文件

9、管理；各種在線監(jiān)控等。根據(jù)模擬屏系統(tǒng)控制邏輯要求將其程序設(shè)計(jì)分為三大部分：光帶控制程序設(shè)計(jì)；操作順序報(bào)警程序設(shè)計(jì)；接地刀報(bào)警程序設(shè)計(jì)。3.1光帶控制程序設(shè)計(jì)參照?qǐng)D3所示，光帶D5、D6、D7、D8、D21、D23、D24、D25、D26、D22、D17、D18、D19、D20分別由可編程控制器的輸出點(diǎn)Q0、Q1、Q2Q15來(lái)控制。若這些光帶直接用硬接線路來(lái)控制，線路過(guò)于復(fù)雜，易出故障，并功能專(zhuān)一，不靈活，故采用可編程序控制器來(lái)控制，要使光帶發(fā)光必須使相應(yīng)的可編程序控制器的輸出點(diǎn)處于ON狀態(tài)。以光帶D5為例，要使D5發(fā)光必須使Q0處于ON狀態(tài)。若繁張西線供電，58112J，58112K，5811

10、2Y必須都合上，即I0，I1，I2都處于接通（ON）狀態(tài)。用梯形圖表示：圖4 光帶D5控制梯形圖a若繁張東線過(guò)內(nèi)橋供電，當(dāng)58114J、58114K、58114Y、58110Y、58110J、58110K都合上時(shí)，即I15、I16、I17、I14、I13、I12都處于閉合狀態(tài)，用梯形圖表示如下：圖5 光帶D5控制梯形圖b所以，要使Q0處于ON狀態(tài)，要么I0、I1、I2同時(shí)導(dǎo)通，要么I12、I13、I14、I15、I16、I17同時(shí)導(dǎo)通，用梯形圖表示如下：圖6 光帶D5控制梯形圖c其它光帶D6、D7D20的控制程序與D5類(lèi)似。3.2 操作順序報(bào)警程序設(shè)計(jì)該部分是系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。模擬屏的主要功

11、能是模擬操作，確定正確的操作順序。按鈕的操作順序有嚴(yán)格的規(guī)定，不能任意顛倒，當(dāng)需要對(duì)高壓供電系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，操作人員必須先填好操作票，然后根據(jù)操作票的內(nèi)容在模擬屏上操作。若操作完畢后，模擬屏并沒(méi)有發(fā)出報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明操作票的內(nèi)容完全正確，操作人員可以根據(jù)操作票的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)際高壓操作；若模擬屏發(fā)出報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明操作票上的內(nèi)容有誤，必須重新填寫(xiě)操作票，再在模擬屏上操作，直到模擬屏沒(méi)有發(fā)出報(bào)警信號(hào)為止?？刂瞥绦虮仨毞从吵稣_的操作順序，為此我們采用真值表比較法進(jìn)行設(shè)計(jì)：即將在正確的操作順序下，可變程序控制器各相應(yīng)輸入點(diǎn)狀態(tài)值用2元常量表示成真值表，并存儲(chǔ)在可編程序控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，在執(zhí)行相應(yīng)操作時(shí)

12、，將真值表與可編程控制器的輸入點(diǎn)的實(shí)際狀態(tài)值相比較，如輸入點(diǎn)實(shí)際狀態(tài)值與真值表中其中一個(gè)真值相等，說(shuō)明操作正確，若輸入點(diǎn)實(shí)際狀態(tài)值與真值表中任意一個(gè)真值都不相等，說(shuō)明操作有誤，必須報(bào)警。對(duì)該水廠高壓供電系統(tǒng)的操作主要有六種：投運(yùn)主變一；投運(yùn)主變二；投運(yùn)主變二，停運(yùn)主變一；投運(yùn)主變一，停運(yùn)主變二；一主二次側(cè)開(kāi)關(guān)柜投運(yùn)停運(yùn)；二主二次側(cè)開(kāi)關(guān)柜投運(yùn)停運(yùn)。這六大操作之間是并列關(guān)系，每次操作只能選擇其中一種，所以編寫(xiě)五個(gè)子程序（由于投運(yùn)主變壓器二、停運(yùn)主變壓器一的操作的真值與投運(yùn)主變壓器一、停運(yùn)主變壓器二的操作的真值完全相同，這兩大操作可以共用一個(gè)子程序），利用子程序調(diào)用方式設(shè)計(jì)，可以跳過(guò)不執(zhí)行的程序，縮

13、短程序執(zhí)行時(shí)間，并且使程序結(jié)構(gòu)清晰，修改、調(diào)試方便。子程序流程見(jiàn)圖7。圖7 操作順序報(bào)警程序流程圖3.3接地刀閘報(bào)警程序設(shè)計(jì)對(duì)接地刀閘的操作要求如下：當(dāng)?shù)蛪涸O(shè)備正在維修時(shí)，必須合上接地刀閘，同時(shí)不能合上二次回路的刀閘或斷路器；當(dāng)?shù)蛪涸O(shè)備正在運(yùn)行時(shí)(指示燈亮)，必須斷開(kāi)接地刀閘。以向泵房供電的回路為例：當(dāng)泵房中的設(shè)備正在維修時(shí)，必須合上226D刀閘(I43)，并且226J刀閘(I40)、226K開(kāi)關(guān)(I41)、226Y刀閘(I42)任一個(gè)都不能合上；當(dāng)泵房中的設(shè)備正在運(yùn)行時(shí)合上226J刀閘、226K開(kāi)關(guān)、226Y刀閘，而且226D刀閘不能合上。其梯形圖邏輯如圖8：圖8 泵房接地刀閘報(bào)警梯形圖當(dāng)M

14、000處于ON狀態(tài)時(shí)，模擬屏發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其它接地刀閘報(bào)警電路的程序設(shè)計(jì)與此類(lèi)似。4 結(jié)束語(yǔ)模擬屏控制系統(tǒng)除了如實(shí)反映真實(shí)的各種操作外，還具有對(duì)誤操作進(jìn)行報(bào)警的功能。高壓供電系統(tǒng)的模擬屏控制系統(tǒng)對(duì)保障高壓供電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)、生產(chǎn)正常進(jìn)行有著不可估量的作用。該系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，穩(wěn)定可靠，效果良好，滿足了現(xiàn)代化水廠的要求。參考文獻(xiàn):1. 袁任光, 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)和實(shí)例. 廣州: 華南理工大學(xué)出版社, 19972. 可編程序控制器SZ34用戶(hù)手冊(cè). 無(wú)錫: 華光電子工業(yè)有限公司3. SZSH系列編程手冊(cè). 無(wú)錫: 華光電子工業(yè)有限公司作者簡(jiǎn)介: 孫建國(guó)（1979），男，土家族，湖北長(zhǎng)陽(yáng)人，華中科

15、技大學(xué)控制科學(xué)與工程系碩士研究生，研究方向：信息獲取與信號(hào)處理；電話：-4;Email：;孔力（1956），男，漢族，湖北武漢人，華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系博士生導(dǎo)師；鄭艷（1963），女，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副教授。Author resume: Sun Jianguo, male, Tujia nationality, born in Hubei Province in 1976, a postgraduate of Dept. of Control Science and Engineering in Huazhong University of Science and Technology, is engaged in the field of information acqu